基于WMRA的隔震结构时变非线性参数识别

基于小波多分辨率分析(wavelet multi-resolution analysis,简称WMRA)理论,建立结构时变非线性参数识别方法,研究隔震结构在地震作用下表现出来的时变非线性力学行为。首先,以描述隔震支座的迟滞非线性Boucwen模型为研究对象,引入3阶有效数值差分技术,将运动方程中非线性模型的恢复力增量进行线性化,形成递推观测方程;其次,基于WMRA理论,将观测方程中每一待识别参数采用小波多分辨率展开,将模型参数识别问题转化成多元线性回归模型中小波重构系数的估计问题;最后,分别采用数值模拟、串联隔震体系(serial seismic isolation system,简称SIS)振动台试验测试数据,识别结构及隔震层参数随时间的演化规律,验证该识别方法的正确性和适用性,为隔震结构在施工、运营期各阶段状态评估提供一定参考。     

基于监测数据的隔震结构模态参数异变分析

为了检验隔震设计并保证结构的安全性,在某中学教学楼上设计并安装了一套隔震结构长期健康监测系统,记录该结构的主要环境因素参数以及结构在不同荷载工况作用下的响应数据。基于采集到的结构加速度响应数据,采用改进的Morlet小波模态参数识别方法对其进行实时分析处理,识别结构在不同工况下的结构模态参数,分析环境因素以及人为活动对其影响规律。分析结果表明,人员活动以及环境温度的变化对隔震结构的动力特性有较大影响,应在设计时予以考虑。最后,对结构健康监测系统采集到的两次地震响应数据进行分析,给出隔震结构在地震作用下的结构特性变化规律。     

插值改进EKF算法在组合导航中的应用

为了提高GPS/DR组合导航定位的精度和稳定性,提出一种基于插值公式的EKF（扩展卡尔曼滤波）改进算法。插值滤波算法继承了EKF实时递推结构,利用基于Stirling插值公式的差分方法代替EKF中非线性函数导数的计算。将插值公式展开的一阶项和二阶项作为函数近似分别得到DD1、DD2（一阶、二阶差分）滤波算法。插值滤波不必计算函数稚可比矩阵,大大降低了计算的复杂度,并改善了EKF算法中泰勒展开线性化造成的较大误差。根据GPS/DR组合系统的状态和观测方程,采用EKF、DD1和DD2滤波算法分别估计目标的状态信息。对比分析表明,插值滤波的精度和稳定性好于EKF算法,应用范围更为广泛。     

起重机n阶伸缩臂架稳定性的递推公式及数值解法

基于纵横弯曲理论建立了n阶伸缩臂阶梯柱的微分方程组,并利用数学归纳法推导出n阶阶梯柱压杆稳定性的递推公式。针对递推公式中的超越方程,结合结构受力特征,列写补充方程,使用Levenberg-Marquardt数值最优化算法求解了具有n个未知数的超越方程组。利用此算法求解出的长度系数与GB/T3811—2008中的结果和ANSYS 17.0结果进行对比,结果表明,此算法的精度优于其他算法的精度,并且长度系数具有一定的非线性,因此在实用过程中,小范围内的线性插值是可行的。对于大截面的阶梯柱,使用线性插值计算,临界力的误差较大。     

基于降阶模型的弹塑性瞬态响应求解

结合塑性力学理论和模态综合技术,提出一种快速分析柔性结构在冲击载荷下的弹塑性瞬态响应的求解方法。该方法基于"伪力"思想,通过引入预测参数将弹塑性变形导致的非线性特征近似等效为一具有力量纲的外载荷,并置于控制方程右边保持方程左边线性,而后采用模态综合技术建立原系统的降阶模型,并给出相关方程的求解方法。经此变换后,用于建立降阶模型的模态变换矩阵只需计算一次,且在整个响应计算过程中保持不变,有效地提高了计算效率。通过计算柔性简支梁在谐振载荷和碰撞载荷下的弹塑性响应,并与全模型的计算结果对比,验证了该方法求解柔性结构弹塑性瞬态响应的准确性和高效性。     

动力响应问题的一阶摄动传递矩阵法

基于Riccati传递矩阵法，给出了一维不确定参数结构系统动力响应问题的一阶摄动计算方法。该方法在用于求解一维结构系统动力响应问题时，不需要按振型展开，因此，可以避免基于有限元法的矩阵摄动所带来的模态截断误差问题，从而提高分析结果的精度。算例对简支梁和锅炉给水泵转子的动力响应问题进行了一阶摄动分析；当ε较小时，一阶摄动计算结果和精确计算结果吻合良好。     

基于ANSYS的摩天轮模态及地震响应谱分析

应用ANSYS有限元分析软件建立摩天轮的有限元模型,对其进行模态分析,提取前10阶的频率和模态振型,得出结构的自振特性。采用地震振型分解响应谱法,计算结构在不同地震方向作用下动力响应。计算结果表明地震作用下摩天轮满足强度要求,研究结果可为摩天轮结构的抗震设计提供参考。     

等几何法在雷诺方程中的应用

针对有限元法和有限差分法求解雷诺方程精度和效率不高等问题,采用等几何法对雷诺方程进行了求解。建立了雷诺方程的等几何计算模型,给出了等几何求解流程和方法,在MATLAB中开发了等几何计算程序。数值算例求解得出油膜压力图以及不同阶次下压力积分相对误差图,分析了不同自由度和基函数阶次对求解结果的影响。结果表明:采用等几何法求解,大幅减少了表达油膜压力所需的自由度,求解精度和效率相对于有限元法显著提升,同时验证了求解过程中算法的稳定性和求解结果的正确性。     

气流激振力作用下离心叶轮的瞬态响应分析

为研究流场中离心叶轮受气流激振的瞬态响应问题,利用叶盘结构的循环对称性编制计算程序,实现了使用单扇区模型计算非循环对称力作用下离心叶轮的受迫振动。应用时间倾斜方法计算非等栅距情况下导叶/叶轮干涉的非定常流场,将叶片表面的气动力数据由流体网格插值到结构网格。使用FEAST求解器计算基本扇区各节径下的振型数据,并将其由基本扇区展开至所有扇区,根据各扇区所受周期激励的时间差建立载荷矢量,结构动力方程的时域积分使用Newmark方法完成。以一半开式径向叶轮为例,进行了两种转速下叶盘结构的瞬态响应分析。单扇区模型与整体模型计算的位移响应结果符合较好,两个潜在共振点附近激振频率的振动响应均呈现出近于发散变化的趋势,表明了算法的正确性和预测气流激励导致共振的有效性。     

交通荷载作用下桥梁结构参数识别方法

应用动力节点加载法,将作用在桥梁上的交通荷载转化为等效节点荷载,再用两步构造法识别结构物理参数.第1步,用Newmark-β方法变换结构运动方程,并用结构的加速度响应求得变换空间内的位移、速度和加速度响应;第2步,基于最小二乘原理,构造出变换空间内求解结构参数的递推式,进行结构物理参数识别.数值模拟结果表明,在交通荷载作用下,该方法能够快速、准确地进行桥梁结构参数识别.     

基于二维随机场的地基大型光学望远镜风扰动时程模拟与性能预测

随着地基光学望远镜口径的不断增大,风扰动已成为影响望远镜成像质量最为关键的因素之一.为了深入研究风扰动对望远镜系统性能的影响规律及作用机理,从时域角度对望远镜在风扰动作用下的响应进行时程模拟以及系统性能预测.首先,简要介绍了望远镜结构组成并采用有限元方法建立了结构动力学模型,通过模态变换方法将动力学模型转换到模态坐标系...     

罕遇地震下自定心支撑张弦桁架振动响应分析

针对带自定心耗能支撑张弦桁架在罕遇地震作用下的振动响应,将自定心耗能支撑与大跨张弦桁架结构相结合,利用有限元软件建立单榀带自定心耗能支撑张弦桁架的分析模型,采用弹塑性时程分析研究结构在罕遇地震激励下主桁架结构屈服时的振动响应。分析结果表明,自定心耗能支撑能够改善结构的振动特性,可有效减小结构震后残余变形。研究了自定心耗能支撑的启动力、启动位移和强度比等关键滞回参数对结构振动响应的影响,结果表明:增大支撑启动力可以有效控制水平方向的残余变形;减小支撑强度比可以增强自复位能力,但会降低支撑自身耗能能力;启动位移对结构峰值位移有一定影响,对残余变形影响较小,但当启动位移过大时,支撑的自复位能力会有所降低。     

运用模态综合法的车桥自激激励耦合振动分析

针对车桥耦合振动影响自动化码头集装箱小车-低架桥结构安全和使用效率的问题,基于双协调自由界面模态综合法求解了车桥系统在轨道不平顺和轮对蛇形运动自激激励下的耦合振动时域响应,轨道不平顺时程通过Shinozuka一元多维平稳随机过程模拟法从轨道谱生成。用量纲分析法推导了结构动力模型相似条件,设计了试验模型,结合模型试验分析了铅芯橡胶支座、小车速度对车桥耦合振动响应的影响。模型试验与原型仿真结果相互验证表明:模态综合求解车桥耦合振动响应的仿真方法合理;使用铅芯橡胶支座可有效减小车桥加速度响应和支柱反力;车桥加速度响应随着小车速度的增大而增大,系统横向共振临界车速低于竖向车速,临界车速可由简支梁在移动集中力作用下车桥共振条件来估算。     

地震激励下储液罐提离动态响应试验研究

摘要：对钢制的大型带外浮顶的圆柱形储液罐模型进行振动台模拟试验,通过在不同工况下,对试验结构系统输入水平和竖直两种方向地震激励来测试和分析其地震响应情况,得到两种激励方向下,储液高度、有无浮顶情况、地震波幅值和频率等各种因素对模型结构系统动态响应行为的影响以及它们的联合作用,并得到各种工况下本试验模型结构系统的绝对位移和提离响应行为规律。此外,还系统地阐述了试验中所选用的实验台设备、试验方法、罐体模型设计、传感器、数据采集、测点布置方法和地震激励的输入方法等试验中的重要因素。本试验的研究将为理论分析、结构设计和计算机数值模拟等研究项目提供可靠的依据。     

MATRIX ALGEBRA ALGORITHM OF STRUCTURE RANDOM RESPONSE NUMERICAL CHARACTERISTICS

A new algorithm of structure random response numerical characteristics, named as matrix algebra algorithm of structure analysis is presented. Using the algorithm, structure random response numerical characteristics can easily be got by directly solving linear matrix equations rather than structure motion differential equations. Moreover, in order to solve the corresponding linear matrix equations, the numerical integration fast algorithm is presented. Then according to the results, dynamic design and life-span estimation can be done. Besides, the new algorithm can solve non-proportion damp structure response.     

Loading rate effects of high damping seismic isolation rubber bearing on earthquake responses

This paper investigates the effects of the loading rates of high damping seismic isolation rubber bearing on earthquake responses. For this purpose, a seismically isolated system is formulated by the Runge-Kutta numerical algorithm with nonlinear rate model of high damping rubber bearing to carry out the seismic time history response analysis. Results, of the seismic time history response analyses using both the present parameter equations and Fujita's equations are compared with those of pseudo dynamic tests. From these results it is confirmed that the parameter equations of high damping rubber bearing should be obtained by tests with the loading rate equivalent to the isolation frequency as close as possible.     

ROLE OF STRUCTURAL DETAILS IN ALTERING THE EXPECTED SEISMIC RESPONSE OF BASE-ISOLATED BRIDGES

Complex modal analysis and a two-stage system identification technique is employed for investigating the effect of structural details on seismic performance of four multispan, continuous base-isolated bridges in Japan from recorded seismographs. Comparison of system identified and experimental values of stiffness and damping revealed that the behaviour of the bridges is significantly altered by structural/non-structural details like metallic bearings, side stoppers and bearing keeper plates. Friction in metallic bearings, which are used at the end spans of two bridges, is found to be the major cause for substantial increase in stiffness and damping of super-structure of these bridges. This effect is found to diminish with increasing seismic amplitude. A similar phenomenon is found to be present in the transverse side-stopper of the third bridge. On the other hand, bearing keeper plates got locked with girders and prevented base-isolation from performing its intended function in the fourth bridge. Further investigation in conjunction with rigorous modelling of the pile-supported sub-structure revealed that locking of base-isolation bearings at one pier resulted in substantial unequal lateral load distribution to the sub-structure. This study thus signifies the attention that should be devoted to such details for desired functioning of these pioneering structures.     

数字控制器结构和参数的同步优化设计

在非线性因素存在的情况下，采用了分层遗传算法设计数字控制器，能够同步获得结构简，参数优的数字控制器，数值实验表明了本方法的有效性。     

一种6R非球型手腕机器人逆运动学算法研究

6R非球型手腕喷涂机器人得到了越来越广泛的应用,然而这种机器人的结构不满足Pieper准则,导致该机器人的逆运动学求解困难。对此,提出了一种近似解析法和数值迭代法相结合的6R非球型手腕机器人逆运动学组合算法。首先,根据6R非球型手腕机器人的结构特点近似转化为6R球型手腕机器人,并以等效球型手腕机器人的逆运动学解析解作为近似解,采用基于运动学雅可比矩阵的数值迭代法求解6R非球型手腕机器人的逆运动学精确解。其次,针对等效变换引起机器人有效工作空间减小,从而导致算法失败的问题进行了分析,提出了基于目标位姿偏置的方法提高逆运动学算法的鲁棒性。最后,通过数值仿真验证了所提出的6R非球型手腕机器人逆运动学算法的可靠性和时实性。     

平面电极型MEMS电化学地震传感器

针对传统电化学地震传感器的加工工艺成本高、一致性差等问题,设计了一种新的平面电极型微机电系统(MEMS)电化学地震传感器结构。建立了平面电极型MEMS电化学地震传感器的计算模型,通过Comsol多场耦合数值模拟分析方法,对影响传感器的结构参数如:电极宽度、电极间距、流道高度等进行了计算和优化。采用MEMS表面工艺和准LIGA工艺,制备了平面电极型MEMS电化学地震传感器。最后,与采用传统方法精密加工的MET2003器件进行了频率响应和微震动的对比测试。实验结果表明:与MET2003器件相比,平面电极型MEMS电化学地震传感器的带宽从1Hz扩展到了30Hz,两种器件的采集结果具有很好的相关性和一致性,相关系数为0.887,在1Hz处的噪声低于120dB。